閩粵栲人促林的土壤肥力與涵養(yǎng)水源功能

洪宜聰，樂興釗

(福建沙縣林業(yè)局，福建 沙縣 365500)

閩粵栲人促林的土壤肥力與涵養(yǎng)水源功能

洪宜聰，樂興釗

(福建沙縣林業(yè)局，福建 沙縣 365500)

為探討閩粵栲人工促進天然更新林分的土壤肥力與涵養(yǎng)水源功能，以閩粵栲人工林和閩粵栲天然林為對照，對閩粵栲人促林土壤的理化性質(zhì)和林分的地上部分與土壤層的固土保水能力進行分析。結果表明：采用人工促進天然更新措施的閩粵栲林分(人促林)的土壤結構、養(yǎng)分狀況均得到改善；地上部分總持水能力，人促林與天然林分間差異極顯著、與人工林間差異顯著；各林分土壤各土層毛管持水量、田間持水量、最大持水量之間均差異顯著，各林分的總持水量、初滲速度、穩(wěn)滲速度大小為：人工林>人促林>天然林，表明閩粵栲人促林土壤具有良好的滲透性能和涵蓄水分的功能；各林分的地表徑流系數(shù)、不同的降雨量對林分土壤的侵蝕量大小均為：人工林>人促林>天然林，表明與人工林相比閩粵栲人促林具有較強的固土功能。人工促進天然更新技術可應用于閩粵栲采伐跡地造林。

閩粵栲；人工促進天然更新；凋落物；土壤肥力；水源涵養(yǎng)

1 研究區(qū)概況

試驗區(qū)位于福建省沙縣(東經(jīng)117°32′—118°6′、北緯26°6′—26°46′)北部距縣城25 km的高橋鎮(zhèn)泉水峽村、上坑村、桂巖村。該鎮(zhèn)林業(yè)用地17866.6 hm2，自然資源豐富，森林覆蓋率占83.3%。試驗區(qū)地處海拔560～610 m低山林地，屬亞熱帶季風氣候，年均氣溫19.6 ℃，年均降水量1840 mm，年相對濕度為82%，年霜期75～86 d，林地為Ⅱ類地。試驗區(qū)林分為閩粵栲用材林，面積146.3 hm2，主要伴生樹種為杉木(Cunninghamialanceolata)、馬尾松(Pinusmassoniana)、木荷(Schimasuperba)、苦櫧(Castanopsissclerophylla)、福建青岡(Cyclobalanopsischungii)。林下主要植被為烏蕨(Stenolomachusanum)、狗脊(Woodwardiajaponica)、闊葉箬竹(Indocalamuslatifolius)、野胡椒(Maesajaponica)、翠云草(Selaginellauncinata)、芒萁(Dicranopterisdichotoma)、紫萼(Hostaventricosa)等[2]。試驗地2016年調(diào)查詳情見表1。

表1 各試驗地閩粵栲林分本底情況

2 材料與方法

2.1 試驗區(qū)林分設計

于2002年，在以閩粵栲為主的成熟常綠闊葉林的采伐跡地上建立試驗地，采取人工促進天然更新技術營造閩粵栲人工促進天然更新試驗林(以下簡稱：人促林)。主要措施為：在采伐時，適當保留生長健壯、無病蟲害的成熟林木作為母樹，伐后不煉山，將伐區(qū)剩余物及雜灌草，沿等高線以3 m等距集中耙?guī)Ф逊e，帶內(nèi)輕耕后封山育林。4 a后進行劈草清雜，除萌復壯，清除難以成材的林木、多株木、病蟲木等，培育以閩粵栲為優(yōu)勢樹種的次生闊葉林。

同時，在附近同樣的采伐跡地上建立閩粵栲天然次生試驗林(以下簡稱：天然林)，主要措施為：在采伐時，適當保留生長健壯、無病蟲害的成熟林木作為母樹，不采取人工干預，讓林分保持原有萌生林狀態(tài)，任其自然生長，不進行撫育管理。

同年，在同樣以閩粵栲為主的采伐跡地上營造閩粵栲人工試驗林(以下簡稱：人工林)，皆伐后煉山，塊狀整地、挖穴后，于2003年春采用閩粵栲實生苗造林[3]，初植密度為2400株·hm-2，造林后前3 a進行除草撫育，每年2次。

2.2 試驗材料

SNCR脫硝系統(tǒng)效率主要與還原劑噴射區(qū)間溫度、噴槍的布置與霧化效果以及在反應區(qū)域的停留時間等因素有關。

PTTR-24土壤干燥箱(常州普天儀器制造有限公司生產(chǎn))；100/200環(huán)刀(杭州匯爾儀器設備有限公司生產(chǎn))；TPF-100型土壤團粒結構分析儀(浙江托普儀器有限公司)；TST-55型土壤滲透儀(南京土壤儀器廠有限公司公路儀器分公司生產(chǎn))；PHS-3型精密數(shù)字式pH計(上海精科實業(yè)有限公司生產(chǎn))；FA1004B電子分析天平(上海平軒科學儀器有限公司)；228防水系列電子秤(上海高致精密儀器有限公司)；鋁盒、取土器(杭州匯爾儀器設備有限公司生產(chǎn))。

2.3 試驗方法

2.3.1 林分樹冠層生物量和持水量測定 2016年10月在各試驗區(qū)林分內(nèi)，按對比試驗設計，各設置3個20 m×20 m的標準地，在標準地中開展每木調(diào)查，選取樣樹，樣樹的胸徑、樹高與林分的平均胸徑、平均樹高相近，要求±誤差≤5%，采用Monsi分層切割法，分段稱量，測定樣樹的枝、干、葉鮮重，按隨機方法分別抽取20%、30%的樣品。將抽取30%的樣品烘干測定其干重并計算含水量；將抽取20%的樣品，浸水24 h，測定其持水率，根據(jù)相應林分生物量鮮重計算出持水量。

2.3.2 林分植被層生物量和凋落物的現(xiàn)存量及其持水量測定 2016年10月于各標準地內(nèi)，分別按“S”路線設置1 m×1 m小樣方5個，采用樣方收獲法調(diào)查其植被的種類、數(shù)量，測定其鮮重。調(diào)查樣方內(nèi)凋落物現(xiàn)存量，測定其半分解(F)、未分解(L)、腐殖質(zhì)(H)的重量并計算現(xiàn)存量。按隨機方法分別抽取樣方內(nèi)植被和凋落物20%、30%的樣品各1份，將抽取30%的植被樣品和凋落物樣品烘干稱重；將抽取20%的植被樣品和凋落物樣品浸水24 h，測定其持水率，根據(jù)相應林分生物量鮮重計算出持水量[4]。

2.3.3 林分土壤物理、化學性質(zhì)測定 于2002年10月和2016年10月在各樣地中設置的5個小樣方內(nèi)，在兩樹間正下方挖掘土壤剖面，用環(huán)刀及飯盒，分別取0～20 cm和20～40cm土層土壤為土樣，重復3次，在室內(nèi)分析測定其物理性質(zhì)，取部分各處理的原狀土樣品分別按相應層次混合，分析測定其化學性質(zhì)。

土壤的含水量測定采用烘干法，土壤的孔隙度測定采用環(huán)刀法，用土壤團聚體分析儀測定土壤團粒結構。土壤的有機質(zhì)測定采用重鉻酸鉀硫酸法，土壤的全N測定采用硒粉硫酸銅硫酸鉀催化法，土壤的全P測定采用高氯酸消化鉬銻抗比色法，土壤的水解N測定采用擴散吸收法，土壤的速效P測定采用鹽酸氟化銨浸提鉬銻抗比色法，土壤的速效K測定采用火焰光度法，用PHS-3pH計測定土壤的pH值[5-6]。

2.3.4 林分土壤的滲透和抗侵蝕能力測定 2016年5月于標準地中，按10 m×10 m設立徑流區(qū)，觀測不同降雨量時地表徑流量以及降雨時土壤的侵蝕情況，測定集水池水樣，計算侵蝕量。用土壤滲透儀測定土壤的滲透速率。

3 結果與分析

3.1 林冠層的生物量與持水能力

林冠層枝葉生物量、葉面積指數(shù)、枝葉持水率決定林冠層持水性能[7]。各種閩粵栲林分的生物量見表2，地上部分持水量見表3。從表2、表3可知，人促林林冠層生物量為175.96 t·hm-2、持水量為23.027 t·hm-2，分別比人工林低11.7%、9.46%，比天然林高19.4%、27.47%。經(jīng)方差分析，人促林林冠層生物量和持水能力與天然林、人工林之間均有顯著差異(表3、表4)，表明3種閩粵栲林分的林冠層對降水的阻滯吸持能力均不同，各林分林冠層的持水量大小為：人工林>人促林>天然林。

表2 各種閩粵栲林分的生物量 t·hm-2

*：F為凋落物的腐殖質(zhì)層；H為凋落物的半分解層；L為凋落物的枯枝落葉層。

表3 各林分的地上部分持水量 t·hm-2

*：同列不同大寫字母為差異極顯著；不同小寫字母為差異顯著。下同。

表4 閩粵栲人工促進天然更新林分與其它林分地上部差異性分析(P值)

*：*為P<0.05水平上差異顯著；**為P<0.01水平上差異極顯著。下同。

3.2 植被層的生物量與持水能力

不同的林分結構導致林下植被的種類及數(shù)量有差異，因此其植被層表現(xiàn)出持水性能有較大的差異，植被層的生物量和持水率決定植被層持水能力。人工林郁閉度較大，林分內(nèi)相對較蔭濕，林下植被主要是地菍(Melastomadodecandrum)、芒萁、鐵線蕨(Adiantumcapillus-veneris)、野桂花(Osmanthusyunnanensis)、地楊梅(Luzulacampestris)、剛竹(Phyllostachyssulphurea)等，植被層生物量為3.79 t·hm-2。人促林林下植被主要有杜鵑(Rhododendronsimsii)、地菍、芒萁、剛竹、狗脊、紫萼等，植被層生物量為4.65 t·hm-2。天然林郁閉度小，林地上雜灌和雜草叢生，植被主要是杜鵑、荊條(Vitexnegundo)、黃蘆木(Berberisamurensis)、烏蕨、野胡椒、狗脊、紫萼、翠云草、闊葉箬竹等，植被層生物量為5.36 t·hm-2。各林分植被層生物量是：天然林>人促林>人工林。由表3可知，人促林植被層持水量為2.685 t·hm-2，各林分植被層的持水量為：天然林>人促林>人工林。從表3、表4可知，人促林植被層生物量及持水能力與人工林、天然林之間差異均顯著。表明天然林林下植被種類較多、生物量較大，具有較高的持水率。人工林和人促林林下植被在人為因素和自然因素的綜合影響下[8]，種類相對單一、生物量較小，從而使植被層的持水能力產(chǎn)生較大差異，持水量較低，持水能力較差。

3.3 枯枝落葉層的現(xiàn)存量與持水能力

枯枝落葉層的持水能力與凋落物的組成、數(shù)量及分解速度有關，是森林涵養(yǎng)水源中的重要環(huán)節(jié)[9-10]。從表3可知，人促林枯枝落葉層持水量為14.983 t·hm-2，是天然林的1.66倍，其凋落物現(xiàn)存量為59.71 t·hm-2，各林分枯枝落葉層持水量大小為：人工林>人促林>天然林。人促林枯枝落葉層現(xiàn)存量及持水能力與人工林之間差異不顯著，與天然林之間凋落物現(xiàn)存量存在極顯著差異，持水能力存在顯著差異(表3、表4)，表明閩粵栲人促林、人工林林分枯枝落葉量多且分解速度快，分解產(chǎn)生的腐殖質(zhì)使土壤結構得到改善，土壤保水能力得到增強，林分持水能力顯著提升；而天然林枯枝落葉量較少，林分枯枝落葉層持水能力較差。

3.4 林分土壤層的持水能力

林分土壤層的持水能力取決于土壤物理性質(zhì)，表現(xiàn)在滲透能力和靜態(tài)調(diào)蓄能力。各林分土壤層的物理性質(zhì)見表5、表6。從表5、表6可知，采取人促措施后，土壤各土層的物理性質(zhì)各參數(shù)均好于人促措施前(即采伐跡地)，各林分的0～20、20～40 cm土層中>0.25 mm的水穩(wěn)定性團聚體數(shù)量大小為：人工林>人促林>天然林>采伐跡地；各林分0～20 cm土層非毛管孔隙大小是：人工林>人促林>天然林>采伐跡地；0～20 cm土層容重大小是：采伐跡地>天然林>人促林>人工林。人促林與人工林各土層的最大持水量、田間持水量均顯著高于天然林和采伐跡地。表明人促林、人工林中每年大量的凋落物回歸林地，土壤有機質(zhì)含量進一步增加，土壤得到改良，結構趨于合理，貯水能力增強，根系分布空間擴大，土壤的根系總量增多，表土層根系大量分布網(wǎng)結土壤，林分對降水截持能力增強[11]。天然林由于回歸林地的凋落物少且不易分解，土壤結構較差，貯水能力弱，林分對降水截持能力弱。人促林土壤各土層毛管持水量、田間持水量、最大持水量與人工林、天然林、采伐跡地之間均差異顯著(表7)。

表5 各種林分的0～20 cm土層土壤物理性質(zhì)

3.5 林地土壤滲透與地表抗沖刷能力

滲透速度是土壤的持水性能重要特征，它與土壤容重、孔隙度、水穩(wěn)定性團聚體、毛管數(shù)量等相關。林地土壤滲透性優(yōu)劣決定了林分涵養(yǎng)水源性能，土壤的膠結、壘結關系到土粒間的連接方式和空間數(shù)量，從而使土壤的孔隙狀況發(fā)生變化，進而影響土壤入滲性能和引發(fā)地表徑流的差異。各種林分的土壤滲透性能和土壤侵蝕量見表8。從表8可知，各林分滲透速度大小是：人工林>人促林>天然林；與天然林相比，人工林、人促林初滲速度分別增長43.5%、21.5%，穩(wěn)滲速度分別增長48.5%、30.7%。各林分地表徑流系數(shù)大小是：人工林>人促林>天然林。2015年觀測6次不同降雨量級對各林分的侵蝕量大小是：人工林>人促林>天然林。土壤侵蝕程度隨著降雨量級增強而增大，3種林分土壤侵蝕程度的差異也隨著降雨量級增強而加大。人促林除了在降雨量22 mm時的土壤侵蝕量與人工林差異不顯著外，人促林土壤滲透性能和土壤侵蝕量與人工純林、天然林之間均差異顯著(表9)。表明：與人工林比，人促林具有層次結構多，生物多樣性高，枯枝落葉量大，土壤結構趨于合理，土壤肥力好，土壤入滲能力強，雨水被林冠層、地被物層、凋落物層截留，削弱了雨水對林地土壤的沖刷，地表徑流減少，固土保水能力佳。

表6 各種林分的20～40 cm土層土壤物理性質(zhì)

3.6 林地土壤抗侵蝕性能

土壤水穩(wěn)定性團聚體和土壤結構破壞率是決定土壤抗侵蝕能力的指標。各種林分土壤物理性質(zhì)見表5、表6。從表5可知，與人工林相比，天然林、人促林0～20 cm土層中大于0.25 mm的水穩(wěn)定性團聚體數(shù)量分別增加10.7%、6.1%，從表6可知，與人工林相比，天然林、人促林20～40 cm土層中>0.25 mm的水穩(wěn)定性團聚體數(shù)量分別增加10.6%、3.5%。天然林、人促林土壤抗侵蝕能力比人工林有顯著提高。各林分固土能力大小為：天然林>人促林>人工林。

表7 閩粵栲人工促進天然更新林分與其它林分土壤物理性質(zhì)差異性分析(P值)

表8 各種林分的土壤滲透性能和土壤侵蝕量

表9 閩粵栲人工促進天然更新林分與其它林分土壤滲透性能及侵蝕量差異性分析(P值)

3.7 林分水源涵養(yǎng)功能

林分總持水量由林冠層、植被層、枯枝落葉層、土壤層等持水量組成。林分總持水量標志林分涵蓄水分的能力。從表10可知：林分各層持水能力大小是：土壤層>枯枝落葉層>林冠層>植被層。人促林土壤0～40 cm土層貯水量為2978.157 t·hm-2。各林分土壤層持水量均為總持水量的98%以上，表明林分土壤層在森林涵養(yǎng)水源中起主導作用。人促林總持水量與人工林(P=0.0357)、天然林(P=0.0021)相互間差異均極顯著，各林分總持水量大小是：人工林>人促林>天然林。表明：與天然林相比，人促林林分結構合理，具有較強的水源涵養(yǎng)功能。

表10 各種林分的持水量 t·hm-2

3.8 土壤化學性質(zhì)與土壤肥力

各種林分土壤養(yǎng)分狀況見表11。從表11可知，與采伐跡地相比，人促林林地0～20 cm土層土壤各項養(yǎng)分指標均有不同程度的提高，其中有機質(zhì)、全N、全P分別比采伐跡地提高31.3%、27.0%、9.7%，土壤速效養(yǎng)分也有不同程度增加，0～20 cm土層土壤水解性N、速效P、速效K分別比采伐跡地提高11.8%、21.2%、13.3%；20～40 cm土層土壤的各項養(yǎng)分指標亦有不同程度提高。人促林0～20、20～40 cm土層土壤的pH值均高于采伐跡地。與天然林相比也有相同趨勢，只是幅度小些。表明采取人工促進天然更新技術后閩粵栲林地養(yǎng)分狀況得到改善，有利于提高林地土壤的肥力。

表11 各種閩粵栲林分土壤養(yǎng)分狀況

4 結論與討論

不同的樹種生物學差異構成森林群落結構的差異，對降水的截持能力亦不同。這種差別是評價不同森林類型水源涵養(yǎng)功能的一個重要數(shù)量特征，也是區(qū)域內(nèi)生態(tài)環(huán)境評價與維護的重要依據(jù)[12-13]。不同的林分結構具有不同的水源涵養(yǎng)功能。

試驗結果表明：在閩粵栲采伐跡地上，采取人工促進天然更新技術營建的林分，其葉面積指數(shù)增加，林木生長量增大，植被生長良好，生物量增大，根系發(fā)達，根系分布空間增大，枯枝落葉量大，其分解產(chǎn)生腐殖質(zhì)能維護和改良土壤結構，提高土壤肥力、土壤滲透能力，土壤容重變小，孔隙度增大，有機膠結物增多。林冠層、植被層、枯枝落葉層、土壤層等對降水進行截持和重新分配，人促林總持水量為3021.799 t·hm-2，高于天然林，這主要在于人工促進天然更新的經(jīng)營措施改善了林分狀況，提高了土壤的物理、化學性質(zhì)，對環(huán)境破壞相對較小，增強了林分生物多樣性，林分保水固土的能力得到提高[14-16]。

試驗結果各林分土壤層持水量占林分總持水量的98%以上，表明土壤層是森林涵養(yǎng)水源的主力軍，森林涵養(yǎng)水源的前提條件是維護好森林的土壤層。枯枝落葉層的持水量在森林涵養(yǎng)水源方面起重要作用，采用人工促進天然更新措施培育閩粵栲林分，對土壤、植被破壞性較小，能較完整地保存林地原有特征；閩粵栲天然更新比較容易，天然更新林分的質(zhì)量較好，樹種全面。因此充分利用這一自然優(yōu)勢，輔以適當?shù)娜斯ご胧?，如合理補植、科學撫育等，用自然和人工相結合，達到更好營造亞熱帶常綠闊葉林的更新目的。

人工促進天然更新是采伐跡地更新的重要方式之一，具有營林投資成本低、生長快、樹種多、種質(zhì)基因破壞少、適應性強、成活率高、見效快、效益高等優(yōu)點，有利于保護生態(tài)環(huán)境，維持較高的林分生產(chǎn)力，對促進天然林更新，培育后續(xù)森林資源有重要的指導意義，有很顯著的經(jīng)濟、生態(tài)和社會效益，是一種生態(tài)省力型可持續(xù)經(jīng)營模式，條件適宜的地區(qū)可推廣。

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CastanopsisfissaPromoting Forest Soil Fertility and Water Conservation Functions

HONG Yicong，LE Xingzhao

(ForestryBureauofShaxianCounty，Shaxian365500，F(xiàn)ujian，China)

In order to understand the natural regeneration technology to promote the application of artificial forest ofCastanopsisfissacreate the effect ofC.fissaartificially promoted natural regeneration of the forests soil fertility and water conservation function，with natural forest ofC.fissaplantation andC.fissawere analyzed byC.fissaforest soil physical and chemical properties and stand on the part of the soil layer and soil water retention capacity，the results show that the forest natural regeneration measures the soil structure and nutrient status were improved，promoting forest ofC.fissacan better soil fertility； promoting forest ofC.fissaon the part of total water holding capacity and natural forest ofC.fissahave significant differences，and differences betweenC.fissaplantation significantly.Each stand by the soil capillary capacity，field capacity，maximum water holding capacity were significantly different.Each stand the total water，initial infiltration rate，the steady infiltration rate is：C.fissaplantation forest>C.fissapromoting natural forest>C.fissanatural forest，showed thatC.fissapromoting forest soil has good permeability and water conservation function.The erosion of surface runoff coefficient of the forest and forest soil of different rainfall is：C.fissa，C.fissamanual acceleratingrenewed forest andC.fissanatural forest，C.fissaplantations showed thatC.fissapromoting forest has the strong function of soil，can be used inC.fissadeforested afforestation artificial regeneration.

Castanopsisfissa；artificial promotion of natural regeneration；litter；soil fertility；water conservation

2016-11-01；

2016-12-30

福建省地方標準項目(閩質(zhì)監(jiān)標[2015]94號)；三明市林業(yè)科技研究項目(明財(農(nóng))指[2015]54號)；福建省標準化專項資金(閩粵栲栽培技術規(guī)范，閩財建指[2016]75號)

洪宜聰(1966—)，男，福建南安人，福建沙縣林業(yè)局高級工程師，從事森林培育與環(huán)境研究。E-mail：honghyc_886sina.com。

10.13428/j.cnki.fjlk.2017.02.009

S754.5；S714

A

1002-7351(2017)02-0051-07